CN220155052U - 高中化学氯气综合反应实验教学教具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高中化学氯气综合反应实验教学教具，包括集气瓶、具支试管、注射器、铁丝、棉花团、红色纸条。在倒放的胶塞上面插3根铁丝，铁丝上设置有棉花团、相关试剂和红色纸条，铁丝连同胶塞一起放入集气瓶中。中具支试管的管口上设置有胶塞，注射器的针头穿过胶塞伸入至中具支试管内，中具支试管安装在集气瓶瓶塞上且中具支试管的支管通过带导管的单孔胶塞与左具支试管口连接，左具支试管的支管通过硬质玻璃管与一端穿过集气瓶瓶塞伸入集气瓶内的左导管连通，右具支试管的管口通过倒U形导管连通至集气瓶内。本实用新型可进行氯气综合反应课堂演示实验装置，密封性好不影响师生健康，节省药品、省时高效、实验现象明显。
Description
技术领域
本实用新型属于教学实验器具的技术领域，具体涉及一种高中化学氯气综合反应实验教学教具。
背景技术
教育部制定的《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5个维度，还强调化学实验的独特价值，鼓励教师设计绿色化实验，并可采取替代品进行实验。这不仅需要化学教师充分发挥主观能动性，还需要化学教师有相关的实验功底，这样，对化学教师的专业水平也提出了更高的要求。
氯气作为卤素学习的代表，氯气制备与性质实验是高中化学中的经典实验之一，氯气实验的演示地位十分重要。但却因氯气有毒，有强烈的刺激性气味，导致师生对氯气实验心生畏惧。再者，根据教材的实验设计进行演示，具有较强的教学示范性，便于教学中分析研究，但教材用MnO2与浓盐酸混合加热制氯气，耗能源而且氯气的性质实验分多步、多装置进行，至少需要8瓶氯气(共约1200mL)，不仅实验耗时长，操作复杂，耗氯气量大，浪费药品严重，还多次打开集气瓶的盖玻片，大量氯气外泄，污染大，危害师生健康。在教授这节内容时，很多教师就直接放弃实验，改为黑板实验或视频实验。在提倡灵活高效、节能环保的今天，新教材中许多演示实验或学生实验均存在药品用量过大，而许多微型实验又存在现象不易被观察的缺点。
针对实际教学中氯气实验存在的问题，查阅大量文献资料发现不少教师和学者对氯气的制备与性质综合实验做了很多相关研究，并取得了较多的成果，但仍不尽人意，主要缺点表现为：
1、实验装置方面：多数是微型实验，可见度低，有的用仪器多，组装繁琐又有难度，有的性质检验偏少；分段实验的，所用器材较多、操作频繁、耗时长，每步都要用注射器，甚至用一支注射器向另一支注射器取氯气，有易扎伤的危险，学生观察实验时没有安全感。
2、实验内容方面：排除干扰是物质检验成功的关键，但没有一例除混在氯气中的氯化氢，这样检验氯气与水反应产生的H+和Cl－都是无效的；多数不干燥氯气，用干、湿试纸做对比研究也无效；有的不检验氯离子；有的不检验氯气是否有漂白性；有的检验氯水中的氯离子时滴加AgNO3溶液后滴加稀硝酸是不必要的，因为他在上一步实验检验了氯水呈酸性。教材及文献设计的实验，不能综合或综合的是微型实验，可见度不高，甚至存在检验实验无效的不足。为了适应课标教学，培养学生的化学学科核心素养和提高化学教师的专业水平，进一步研究氯气制备与性质实验的一体化设计是很必要的。
上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本实用新型的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本实用新型的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。
实用新型内容
为解决上述技术问题中的至少之一，本实用新型提出一种高中化学氯气综合反应实验教学教具。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
提供一种高中化学氯气综合反应实验教学教具，包括集气瓶、集气瓶瓶塞、放置在集气瓶中的试剂安装胶塞、左具支试管、中具支试管、右具支试管和注射器，所述左具支试管的支管通过硬质玻璃管与一端穿过集气瓶瓶塞伸入集气瓶内的左导管连通，所述中具支试管安装在集气瓶瓶塞上且中具支试管的支管通过左连接管与左具支试管的管口连接，中具支试管的管口上设置有试管塞，所述注射器的针头穿过所述试管塞伸入至中具支试管内，所述右具支试管的管口通过倒U形导管连通至集气瓶内，所述试剂安装胶塞上面插设有若干根铁丝，所述铁丝上设置有棉花团和/或试纸。
作为进一步的改进，所述棉花团包括滴有淀粉-KI溶液的棉花团和滴有溴化钠的棉花团、滴有酚酞-氢氧化钠试液的棉花团、滴有紫色石蕊试液的棉花团中的至少一种。
作为进一步的改进，所述试纸包括干燥的红色试纸和滴加稀盐酸的湿润的红色试纸的至少一种。
作为进一步的改进，所述右具支试管底部放置有石棉绒和金属钠。
作为进一步的改进，所述试剂安装胶塞上面放置有装有硝酸银溶液的烧杯。
作为进一步的改进，右具支试管的支管设置有气球。
作为进一步的改进，所述气球内装有氢氧化钠溶液。
作为进一步的改进，还包括照射方向朝向右具支试管底部的激光笔。
本实用新型提供的高中化学氯气综合反应实验教学教具，包括集气瓶、集气瓶瓶塞、放置在集气瓶中的试剂安装胶塞、左具支试管、中具支试管、右具支试管和注射器，所述左具支试管的支管通过硬质玻璃管与一端穿过集气瓶瓶塞伸入集气瓶内的的左导管连通，所述中具支试管安装在集气瓶瓶塞上且中具支试管的支管通过左连接管与左具支试管的管口连接，中具支试管的管口上设置有试管塞，所述注射器的针头穿过所述试管塞伸入至中具支试管内，所述右具支试管的管口通过倒U形导管连通至集气瓶内，所述试剂安装胶塞上面插设有若干根铁丝，所述铁丝上设置有棉花团和/或试纸。本实用新型适用于进行氯气综合反应课堂试验演示，密封性好，排除物质干扰影响，且氯气不易泄漏影响健康，可见度高，试验结果易被观察，此外，本实用新型主要利用注射器、具支试管、集气瓶等常规仪器，实验所需仪器种类少，结构简单，体现出“一物多用，物尽其用”的理念。不需要用到夹持仪器，完全靠一个集气瓶支撑整套装置，装置简便、稳固，教师可把整套装置拿在手上，在教室内走一圈，以便学生观察，加强教学互动。本实用新型进行氯气综合反应实验具有药品节省，耗时减少，现象美妙，环境友好的优点。
附图说明
利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是高中化学氯气综合反应实验教学教具的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
结合图1所示，本实用新型实施例提供的一种高中化学氯气综合反应实验教学教具，包括集气瓶1、集气瓶瓶塞2、放置在集气瓶1中的试剂安装胶塞3，左具支试管4、中具支试管5、右具支试管6、注射器7，其中集气瓶1、左具支试管4、中具支试管5、右具支试管6、硬质玻璃管8、左导管9、左连接管10、U形导管12均为透明玻璃制品，以提高实验的可见性。在管口或瓶口塞上相应规格的胶塞(根据实验装置选择大小和打孔)，以保证实验装置的密封性。所述左具支试管4的支管通过硬质玻璃管8与一端穿过集气瓶瓶塞2伸入集气瓶1内的的左导管9连通，所述中具支试管5安装在集气瓶瓶塞2上且中具支试管5的支管通过左连接管10与左具支试管4的管口连接，中具支试管5的管口上设置有试管塞11，所述注射器7的针头穿过所述试管塞11伸入至中具支试管5内，所述右具支试管6的管口通过倒U形导管12连通至集气瓶1内，所述试剂安装胶塞3上面插设有三根铁丝13，细铁丝上端分开形成“花树”形，其中左边一根铁丝13上穿插设置有两块棉花团14，有两块棉花团14分别为滴有酚酞-氢氧化钠试液的棉花团和滴有紫色石蕊试液的棉花团，中间的一根铁丝13上穿插设置有两块试纸15，分别为干燥的红色试纸和滴加稀盐酸的湿润的红色试纸。右边的一根铁丝13上穿插设置有两个棉花团14，两个棉花团14分别为滴有淀粉-KI溶液的棉花团，滴有溴化钠的棉花团。
本实用新型实施例提供的高中化学氯气综合反应实验教学教具在进行实验演示时，如图所示，先给集气瓶外的仪器填充试剂并连接好，再给“花树”滴加试剂。把“花树”放入集气瓶后迅速用大胶塞塞紧集气瓶口，立即制氯气。防止“花树”在集气瓶内时间太长，各试剂水分蒸发使干燥红色纸条变潮湿。在所述右具支试管6底部放置有石棉绒，石棉绒上放置一小块金属钠。硬质玻璃管8内填充固体干燥剂CaCl2，选用填充固体干燥剂CaCl2的硬质玻璃管8作干燥装置，目的是为了减少使用橡皮管连接仪器，使装置更简便、稳固，以省去夹持仪器，用海绵薄片堵住硬质玻璃管两头防止无水CaCl2进入导管。在右具支试管6的支管设置有气球17，在气球17内装有氢氧化钠溶液。试剂安装胶塞3上面放置有装有硝酸银溶液的烧杯16。
作为进一步优选的实施方式，右具支试管6的支管设置有气球，所述气球内装有氢氧化钠溶液。注射器与气球的巧妙组合起到很好的平衡压强作用，确保实验的安全性，同时培养学生的“变化观念与平衡思想”素养。
作为进一步优选的实施方式，右具支试管6的支管设置有气球17,气球内可放置实验需要的溶液，如氢氧化钠溶液。
作为进一步优选的实施方式，还包括照射方向朝向右具支试管6底部的激光笔18,这样，可以通过激光笔18对右具支试管6底部的物质进行间接加热，提高实验的安全性。
试验开始前，需要先检测气密性，检测气密性时，向上拉注射器的活塞一段距离，松开，若注射器活塞又回归原位，说明装置气密性良，如不回归原位，则检查各瓶塞、管塞、连接位置的气密性，直至气密性符合要求。
本实用新型实施例提供的一种高中化学氯气综合反应实验教学教具所用仪器和材料如下：
仪器：250mL集气瓶1个；细铁丝3根；7个相应规格的胶塞(根据实验装置选择大小和打孔)；具支试管(2×20cm 1支，1.5×15cm 2支)；硬质玻璃管1支；一次性注射器(10mL、30mL、50mL各1支)；大功率激光笔1支(2W)；镊子1把；小烧杯1个(用微型实验的小烧杯，也可用青霉素瓶子)；大气球1个；玻璃管；橡胶管；试管；酒精灯；试管夹；胶头滴管。
材料：KMnO4固体；浓盐酸；紫色石蕊试液；酚酞-NaOH溶液；淀粉-KI溶液；NaBr溶液；AgNO3溶液；金属钠；蒸馏水；无水CaCl2；NaOH浓溶液；红色纸条；海绵薄片；棉花，石棉绒；橡皮筋。
试验开始时，用注射器吸入8mL浓盐酸，左、中、右三支具支试管分别装5mL蒸馏水、1.5g KMnO4、用石棉绒垫着的绿豆大小金属钠，硬质玻璃管填满无水CaCl2，气球内注入NaOH浓溶液。用蒸馏水替代饱和食盐水除去混在氯气中的氯化氢气体，目的不仅是除杂，还探究氯气的水溶性和制备氯水，且这里水量少，耗氯气不多。但课堂演示时要给学生讲清楚：一般情况下是使用饱和食盐水除氯气中的氯化氢气。
试验进行时，用力向下轻轻推注射器活栓，使浓盐酸慢慢滴入盛有高锰酸钾晶体的具支试管内，反应立即进行[2KMnO4+16HCl(浓)＝2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O]，观察到黄绿色气体产生。
观察左侧具支试管内的现象：
蒸馏水由无色变黄绿色，推理氯气能溶于水，根据氯化氢极易溶于水的性质推断混在氯气中的氯化氢气体能被水除去，氯气经无水CaCl2干燥后进入集气瓶。
观察集气瓶内的现象：
当黄绿色气体缓缓从集气瓶底部往上飘时，各反应现象渐渐出现，引导学生边观察边分析边推理：
⑴滴有淀粉-KI溶液的棉花团变蓝色，滴有溴化钠的棉花团变橙黄色，说明氯气分别与KI、NaBr反应生成Br2和I2，且氯气的氧化性比Br2、I2强；
⑵干燥的红色纸条不褪色，湿润的纸条红色褪去，证实氯气没有漂白性，推理氯气与水反应生成有漂白性的次氯酸；
⑶紫色石蕊试液先变红后褪色，AgNO3溶液中出现白色沉淀，说明氯气与水反应生成了氢离子、次氯酸和氯离子，结合上面的氯水呈黄绿色，进行以下逻辑推理：氯气能跟水反应→反应后溶液仍然显黄绿色→溶液中还存在氯气→氯气与水反应不完全→反应是可逆的→书写氯气与水反应的方程式时用可逆号；
⑷滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去，说明氯气能跟氢氧化钠发生反应；
⑸氯气从集气瓶内的长导管进、短导管出，推理氯气的密度比空气大。
观察右侧具支试管内的现象：当右侧具支试管内有淡淡的黄绿色氯气时，用激光笔照射金属钠，钠在氯气中立即燃烧，发出黄色火焰，生成大量白烟。说明氯气有较强的氧化性，燃烧不一定要有氧气参加。
反应结束后，用注射器向集气瓶中注入30mLNaOH浓溶液，然后拔出装浓盐酸的注射器，换上装有空气的50mL注射器将空气压入中间一支具支试管(多次压入空气)，使装置内多余的氯气被集气瓶和气球内NaOH浓溶液全部吸收。
为了增强实验的说服力以及实验内容的全面性，探究过程中可增设三个实验：
⑴红纸上滴加稀盐酸，以证实盐酸没有漂白性；
⑵装置中残留的氯气被全部吸收后取出集气瓶内褪色的纸条加热，颜色不复原，说明次氯酸的漂白是不可逆的；
⑶取少量氯水于试管并加热，可观察到氯水颜色逐渐变淡，最后变无色，
再滴加紫色石蕊试液，溶液变红后不褪色，说明次氯酸不稳定已分解。
综上所述，本实用新型实施例提供的一种高中化学氯气综合反应实验教学教具具有药品节省，耗时减少，现象美妙，环境友好的优点。主要表现如下：
1实验内容丰富全面该实验以独特的方式完成“制气体→除杂→干燥→性质及产物检验→尾气处理”全过程，实验内容丰富全面，增强了知识之间的相互联系，利于学生构建知识体系，提升“宏观辨识与微观探析”素养。
2实验装置简便美观
⑴主要利用注射器、具支试管、集气瓶等常规仪器，实验所需仪器种类少，体现出“一物多用，物尽其用”的理念。
⑵不需要用到夹持仪器，完全靠一个集气瓶支撑整套装置，装置简便、稳固，教师可把整套装置拿在手上，在教室内走一圈，以便学生观察，
加强教学互动。
⑶注射器与气球的巧妙组合起到很好的平衡压强作用，确保实验的安全性，同时培养学生的“变化观念与平衡思想”素养。
⑷三支长度不等的铁丝，做成错落感的树枝，把实验装置做成“花树”，简单美观，一套实验装置就是一件美丽的艺术品展示在学生眼前，让学生感受到化学之美。
⑸实验装置创新、全封闭、无污染，充分体现绿色化学理念，激发学生的创新意识，提升学生“科学探究与创新意识”、“科学精神与社会责任”素养。
3实验药品微量节省紫色石蕊试液、酚酞-NaOH溶液、淀粉-KI溶液、NaBr溶液都只是各用1滴，其他试剂用量也很少，一次性完成8个实验，共耗氯气不到300mL，不到教材中实验方案的氯气总量的1/4，原料利用率高。
4实验操作安全可控通过控制浓盐酸滴下的速度来控制产生氯气的速率，便于学生观察每个现象。从气体制备到性质探究同时进行，操作步骤少、简单安全，反应可控又省时间。
5实验现象明显精彩该实验使用微型实验的药品量，达到常规实验的可见度，现象足够明显。当学生看到“花树”逐渐变色时，都被眼前的奇观震憾，惊叹不已，让学生感受到化学之妙。
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
总之，本实用新型虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本实用新型的范围，否则都应该包括在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种高中化学氯气综合反应实验教学教具，其特征在于：包括集气瓶(1)、集气瓶瓶塞(2)、放置在集气瓶(1)中的试剂安装胶塞(3)、左具支试管(4)、中具支试管(5)、右具支试管(6)和注射器(7)，所述左具支试管(4)的支管通过硬质玻璃管(8)与一端穿过集气瓶瓶塞(2)伸入集气瓶(1)内的左导管(9)连通，所述中具支试管(5)安装在集气瓶瓶塞(2)上且中具支试管(5)的支管通过左连接管(10)与左具支试管(4)的管口连接，中具支试管(5)的管口上设置有试管塞(11)，所述注射器(7)的针头穿过所述试管塞(11)伸入至中具支试管(5)内，所述右具支试管(6)的管口通过倒U形导管(12)连通至集气瓶(1)内，所述试剂安装胶塞(3)上面插设有若干根铁丝(13)，所述铁丝(13)上设置有棉花团(14)和/或试纸(15)。
2.根据权利要求1所述的高中化学氯气综合反应实验教学教具，其特征在于：所述棉花团(14)包括滴有淀粉-KI溶液的棉花团、滴有溴化钠的棉花团、滴有酚酞-氢氧化钠试液的棉花团和滴有紫色石蕊试液的棉花团中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高中化学氯气综合反应实验教学教具，其特征在于：所述试纸(15)包括干燥的红色试纸和滴加稀盐酸的湿润的红色试纸的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高中化学氯气综合反应实验教学教具，其特征在于：硬质玻璃管(8)中设置有固体干燥剂。
5.根据权利要求1所述的高中化学氯气综合反应实验教学教具，其特征在于：所述右具支试管(6)底部放置有石棉绒和金属钠。
6.根据权利要求1所述的高中化学氯气综合反应实验教学教具，其特征在于：所述试剂安装胶塞(3)上面放置有装有硝酸银溶液的烧杯(16)。
7.根据权利要求1所述的高中化学氯气综合反应实验教学教具，其特征在于：右具支试管(6)的支管设置有气球(17)。
8.根据权利要求7所述的高中化学氯气综合反应实验教学教具，其特征在于：所述气球(17)内装有氢氧化钠溶液。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的高中化学氯气综合反应实验教学教具，其特征在于：还包括照射方向朝向右具支试管(6)底部的激光笔(18)。
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